Физические характеристики сигнала и канала связи

1. H_И Ј nH_C – основное требование к сигналу, означает оптимальное согласование источника и сигнала (H_И – среднее количество информации в одном сообщении; n – количество элементарных сигналов в сообщении; H_C – энтропия элементарного сигнала; nH_C – среднее количество информации в сложном сигнале).
2. При отсутствии помех в канале связи H_И = mH_C. Если в канале связи действуют помехи, нужно использовать формулу H_И < nH_Cmax (nH_Cmax – энтропия передаваемого сообщения, n = m + k – число элементарных символов в сообщении).

Характеристики канала связи:

1. T_K – время, в течение которого канал связи предоставлен для передачи информации.
2. F_K – полоса частот пропускания канала. Эта величина характеризует возможность пропускания определенного спектра частот.
3. 
   превышение канала. P_CK – мощность сигнала; P_min – некоторый пороговый уровень, обычно характеризующий мощность помех.
4. V_K = T_K F_K H_K – объем канала. Объем канала связи можно образно представить в виде ниши (рис. 3).

Рис. 3 Геометрическое представление объема канала связи

Сигнал по аналогии с каналом может быть охарактеризован тремя параметрами, а также обобщающим параметром (объемом сигнала):

1. T_C – время сигнала;
2. F_C – спектр (обычно максимальная частота в спектре);
3. превышение сигнала. P_C – мощность сигнала; Р_П – мощность помехи;
4. V_С = T_С F_С H_С – объем сигнала.

Сигнал можно представить в виде параллелепипеда (рис. 4).

Рис. 4 Геометрическое представление сигнала

Условие

(1)

является необходимым, но недостаточным, так как несоответствие других параметров канала связи и сигнала может не позволить передачу. Достаточным условием является выполнение неравенств

(2)

На практике удовлетворение параметров сигнала и канала условию (1) говорит о потенциальной возможности передачи сигнала по каналу связи даже при невыполнении условия (2). Для передачи такого сигнала необходимо выполнить его эквивалентное преобразование, при котором количество информации в преобразуемом сигнале остается неизменным.

Рис. 5 Одноэлементный сигнал

Пример. Рассмотрим одноэлементный сигнал, имеющий 64 уровня градации. Если вероятности появления любых из сигналов одинаковы, то

.

Пусть выполняются следующие условия:

1. V_C Ј V_K;
2. T_K >T_C F_K >F_C H_K >H_C.

Преобразуем сигнал так, чтобы существовала возможность передачи сигнала двумя символами:

Если перейти к двоичному коду, который позволяет передавать информацию двумя градациями (например, только двумя уровнями напряжения, как в рассматриваемом случае). Этот вариант является оптимальным при возможности свободного распоряжения временем передачи. В данном случае

.

Таким образом, для передачи сообщения двоичным кодом требуется шесть единичных сигналов; получим

.

Можно оценить изменения других параметров сигнала:

Таким образом, обеспечивается выполнение условия (2).